JP4932773B2 - 静電容量方式ペン - Google Patents

Description

本発明はタッチ制御ペンに関する。特にタッチスクリーンに応用される静電容量方式ペンに係る。

時代の進歩に従い、PDA（Personal Digital Assistant）、携帯電話端末、カーナビ、タブレットPCなどタッチ入力機能を備えた電子製品は既に広く普及している。これら製品の表示スクリーン上には静電容量式のタッチパネルが設置されており、使用者は指先でパネルに触れ情報を入力する。静電容量式タッチパネルの感応は、使用者の指の微小な電圧により、指先の位置を定位することができ、これにより情報の入力を行うものである。
一方、現在の静電容量式タッチパネルのテストを行う時には、銅柱を利用し該静電容量式タッチパネルに直接接触し、静電容量式タッチパネルが銅柱の位置を定位可能かどうかをテストする。該銅柱の断面積は約１００mm² 以上である。
この他、静電容量式タッチパネルは一定面積以上の区域に圧差があることを感知する（静電容量値の変化を生じる）と、この区域が指先或いは銅柱などの感応物を備えるということを初めて認定し、こうして微小なノイズの干渉を回避することができる。

よって、メーカーが静電容量式タッチパネルを製造する時には、指先の面積を利用し設計を行い、この面積は通常８×８mm² に設定される。しかし、静電容量式タッチパネルを押す時には指先は変形を生じるため、静電容量式タッチパネルが感応可能な最小面積は８×８mm² より小さい。しかもこの最小面積は静電容量式タッチパネルのパラメーター設定或いは静電容量の差異に従い、いくらか異なる。
さらに、使用者が一般の導電ペンを使用し、静電容量式タッチパネルに触れても、入力の効果を得られないことがある。これは導電ペンのペン先の面積が過小（１×１mm²)であるため、静電容量式タッチパネルが有効に感応できないためである。別に、導電ペンのペン本体とペン先の相対位置は通常は固定されているため、使用者が導電ペンを持ち書き込む時には、特定の角度を保持する必要があり、使用上の不便となっている。

本発明の目的は静電容量方式ペンを提供し、その書込み角度が静電容量方式ペンがタッチスクリーンに対する位置に応じて改変し、使用者のデータ入力に有利で、この静電容量方式ペンの原理は人体と導電板間を伝導する電荷移動で、これにより導電板は位置が異なる静電容量値により変化を生じ、この導電板の２Ｄ座標に定位を行う。

上述の目的のため、本発明は静電容量方式ペンを提供する。
静電容量方式ペンは導電板、ジョイント（joint）、導電ペン本体を含み、該ジョイントは該導電板と該導電ペン本体の間に連接し、これにより該導電ペン本体と該導電板は相対運動が可能となり、この他、該導電板と該ジョイントはユニバーサルジョイントにより結合することができ、しかも少なくとも１個の類似平面（quasi-flat surface）を備えタッチスクリーンにぴったりと密着可能で、導電板とジョイントの機能を兼ね備える。

本発明の実施例では、上記の導電板とユニバーサルジョイントの内の１個の類似平面はタッチスクリーンへの密着に適し、導電板とユニバーサルジョイントの内の１個の類似平面の形状は方形、円形、三角形、菱形、或いは他の適した形状で、しかも該導電板と該ユニバーサルジョイントの内の１個の類似平面の面積は１mm² 以上である。
本発明の実施例及び他の実施例では、上記の導電ペン本体は導電板或いはユニバーサルジョイントとマルチディメンションの運動を行うことができ、該導電ペン本体の該タッチスクリーンに対する角度を調整することができる。
本発明の実施例では、上記のジョイントはユニバーサルジョイント（universal joint）、ニバーサル伝動コネクター、可動関節、十字コネクター、或いは他の適した可動ジョイントである。

請求項１の発明は、導電ペン本体、少なくとも１個のユニバーサルジョイントを含み、 該ユニバーサルジョイントは該導電ペン本体と連接し、しかも該ユニバーサルジョイントは少なくとも１個の導電板を備え、
前記導電ペン本体は該ユニバーサルジョイントを介して該導電板と相対運動を行い、
前記ユニバーサルジョイントは回復弾性の特性を備え、これにより該導電ペン本体に外力が加わっていない時には、該ユニバーサルジョイントと垂直状態を維持し、或いは外力が除去されると、該導電ペン本体の該ユニバーサルジョイントに対する垂直状態を回復し、
前記導電ペン本体は本体部と２個の分岐部を含み、該分岐部の一端は該本体部と接続し、反対端は該ユニバーサルジョイントと接続し、しかも該分岐部の数に対応し、２個のユニバーサルジョイント及び２個の導電板を備えることを特徴とする静電容量方式ペンとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記導電ペン本体と該ユニバーサルジョイントはマルチディメンションの運動を行うことができ、こうして該導電ペン本体と該ユニバーサルジョイントのタッチスクリーンに対する角度を調整することを特徴とする静電容量方式ペンとしている。
請求項３の発明は、請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記２個の分岐部は外力を受け離れ或いは接近し、該２個のユニバーサルジョイントを連動し離し或いは接近させることを特徴とする静電容量方式ペンとしている。
請求項４の発明は、請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記導電ペン本体は該導電板とマルチディメンションの運動を行い、これにより該導電ペン本体は該導電板に対する角度を調整することを特徴とする静電容量方式ペンとしている。

請求項５の発明は、請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記ユニバーサルジョイントはユニバーサル伝動コネクター、可動関節、十字コネクターであることを特徴とする静電容量方式ペンとしている。
請求項６の発明は、請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記２個の分岐部は外力を受け離れ或いは接近し、該２個の導電板を連動し離し或いは接近させることを特徴とする静電容量方式ペンとしている。

本発明の静電容量方式ペンにおいて、導電板或いはユニバーサルジョイントの類似平面はタッチスクリーンへの密着に適し、これによりタッチスクリーンは使用者の身体から伝達される微小電圧に感応することができる。しかも導電板或いはユニバーサルジョイントの類似平面全体のすべての面積は、タッチスクリーンに対して感応を生じることができる。よってこの設計により、タッチスクリーンは静電容量方式ペンの位置を有効に定位することができる。この他、使用者は書込みを行う時、静電容量方式ペンの使用者の手に対する角度を適度に調整することができ、これにより導電板或いはユニバーサルジョイントの類似平面に対して密着可能で、こうして使用上の利便性を大幅に向上させることができる。

図１は本発明第一実施例の静電容量方式ペンの概略図で、図２は図１の静電容量方式ペンをタッチスクリーンに応用する時の概略図である。
図１、２に示すように、本発明の静電容量方式ペン１００は導電板１１０、ジョイント１２０、導電ペン本体１３０を含む。
該ジョイント１２０は該導電板１１０と該導電ペン本体１３０の間に連接し、これにより該導電板１１０と該導電ペン本体１３０は電気的に連接する。使用者は該導電ペン本体１３０を持ち、該導電板１１０をタッチスクリーン５０上にぴったり着け移動させる。こうして該タッチスクリーン５０は使用者の身体から伝わって来る微小電圧を感応することができ、これにより該静電容量方式ペン１００の位置を定位することができる。

また、該静電容量方式ペン１００が該タッチスクリーン５０の異なる位置にある時には、使用者が該導電ペン本体１３０を握る角度はいくらか異なる。該ジョイント１２０は該導電ペン本体１３０と該導電板１１０に相対運動を行わせることにより、この両者の相対角度を調整し、これにより該導電板１１０は依然として該タッチスクリーン５０上に密着することができる。こうして、使用者は該導電ペン本体１３０を握る角度を簡単に改変することができ、使用上の利便性を拡大することができる。
本実施例において、該ジョイント１２０はユニバーサルジョイントなどである。これにより該導電ペン本体１３０は該導電板１１０とマルチディメンションの運動を行うことができ、該導電ペン本体１３０の該導電板１１０に対する角度を調整することができる。しかし、本発明は導電ジョイントの種類を限定するものではなく、ジョイントはユニバーサル伝動コネクター、可動関節、十字コネクター、或いは他の適した可動ジョイントとすることができる。

さらに、本発明は該ジョイント１２０表面の材質を限定しない。また該ジョイント１２０の表面はプラスチック或いはアクリル構造で、該ジョイント１２０内部は金属導線により該導電板１１０と該導電ペン本体１３０に電気的に連接する。当然、該導電ペン本体１３０は使用者の表面、及び該導電板１００のタッチスクリーン５０の表面に接触するため、導電材質により構成する。
また、該ジョイント１２０は一定程度の緊密度を備えるため、該導電ペン本体１３０は恒常的に該導電板１１０と相対的に不動の状態を保持することができる。使用者が外力を該導電ペン本体１３０に加えると、該導電ペン本体１３０は該導電板１１０に相対し角度の改変を生じ、外力の消失後も改変後の角度を維持する。
当然、該ジョイント１２０は回復弾性を備えるユニバーサルジョイントに設計することもでき、使用者は該静電容量方式ペン１００を該タッチスクリーン５０から離すと、該ジョイント１２０は該導電板１１０を直ちに該導電ペン本体１３０と９０度垂直にする。こうして、使用者が再度文字を書き或いはパネルを指し、該静電容量方式ペン１００が再度該タッチスクリーン５０に接触すると、該導電板１１０は該タッチスクリーン５０表面にほぼ完全にぴったりと接触し、必要な最小面積の接触を達成することができる（最小面積については後述する）。
この他、本実施例の導電ペン本体１３０は円柱状であるが、本発明は該導電ペン本体１３０の様式を制限するものではない。しかも該導電ペン本体１３０の太さに対しても変更を加えることができ、該静電容量方式ペン１００は男性、女性、右利き、左利きの使用者すべてに適用することができる。

図１、２に示すように、本実施例において、該導電板１１０は一定の最小面積を備える。この最小面積は該タッチスクリーン５０の採用感応面積と関連がある。一般的には、操作の便のため、該導電板１１０の面積は小さければ小さいほど良く、これにより該タッチスクリーン５０は指先の面積を利用しパラメーター設計を行うため、該導電板１１０の最小面積は２５mm² である。しかし、該静電容量方式ペン１００の作用は人体が地面に対して存在する１００pFの静電容量に直列する。該タッチスクリーン５０の応用原理は、平行板静電容量と電極面積の大きさが正比例する変化である。該タッチスクリーン５０において平面位置が異なる電極を刻んだ後、指により該タッチスクリーン５０の静電容量が異なる位置に接触し、指座標を決定する。回路上の実現は、該タッチスクリーン５０の静電容量方式ペン１００への対応により、異なる位置の電流、電圧、或いは電荷の反応により、各種異なるインターフェースICが存在する。該導電板１１０の面積が１mm² 以上である状況において、回路は出力反応を有する。

この他、本発明は導電板の形状を限定しない。例えば、導電板の形状は円形、楕円形、三角形、矢印形、方形、菱形、指形、或いは他の適した幾何形状図案とすることができる。さらには、導電板の形状は「ハローキティ」或いは「ドラえもん」などのキャラクター造型とすることもできる。
さらにここで、該導電板１１０の主要な作用が該タッチスクリーン５０にぴったりと密着し、最大の感応面積を獲得する点であることを強調したいが、これは該導電板１１０の平坦さを限定するものではない。他の実施例においては、該導電板１１０は内側へと陥没しやや弧状を呈し、しかも該導電板１１０は適当な弾性を備える。使用者がやや力を加えると、該導電板１１０は変形を生じ、該タッチスクリーン５０上にぴったりと密着する。該項技術の習熟者は簡単に理解できるため、ここでは詳述しない。
あるタッチスクリーン５０中では、使用者は２本の指をくっつけ及び離して使用し、縮小と拡大の入力を行うことができるが、本発明の静電容量方式ペン１００もまたこのタイプの入力方式を模擬することができる。以下に別に実施例を挙げ、図示を合わせ説明する。

図３は本発明第二実施例の静電容量方式ペンの概略図である。図３に示すように、本実施例の静電容量方式ペン２００と前記の静電容量方式ペン１００（図１参照）は相似している。両者の差異は、該静電容量方式ペン２００の導電平板２１０ａ、２１０ｂとジョイント２２０a、２２０ｂの数がそれぞれ２個である点である。しかも導電ペン本体２３０は本体部２３２と２個の分岐部２３４a 、２３４b を含む。具体的には、該２個の分岐部２３４ａ、２３４ｂの一端は該本体部２３２と相互に連接し、反対端は該ジョイント２２０ａ、２２０ｂに連接する。しかも該２個のジョイント２２０ａ、２２０ｂはまた、対応する導電板２１０ａ、２１０ｂ上にそれぞれ配置する。
通常使用者は、該導電板２１０ａ、２１０ｂの内の１個をタッチスクリーン上に密着させるだけで良く、これにより指１本の効果を備える。使用者が該導電板２１０ａ、２１０ｂを同時にタッチスクリーン上に密着させ、該静電容量方式ペン２００に下向きの推力Ｆ１をわずかに加えると、該導電板２１０ａ、２１０ｂは外側へと離れ、こうして図像拡大の入力を達成することができる。
反対に、使用者が該２個の分岐部２３４ａ、２３４ｂ上縁に対して内へと向う推力Ｆ２をそれぞれ加えるなら、該導電板２１０ａ、２１０ｂは内側へと接近し、図像縮小の入力を達成することができる。
当然、前記実施例は例を挙げたまでで、該項技術の習熟者は、例えば、該２個の分岐部２３４ａ、２３４ｂと本体部２３２の間にさらに２個のユニバーサルジョイントを配置し、該静電容量方式ペン２００の使用をさらにスムーズにするなど前記に基づきいささかの修正を加えることができる。しかし、それらもやはり本発明の範疇に含むものとする。

静電容量方式ペンの構造をさらに単純化するため、本発明はさらに前記の導電板とジョイントを結合させることができる。以下に図示を用い、第三実施例にるいて説明する。
図４は本発明第三実施例の静電容量方式ペンの透視概略図である。図４と図１に示すように、本実施例の静電容量方式ペン３００と前記の静電容量方式ペン１００は相似している。両者の差異は、該静電容量方式ペン３００は導電ペン本体３１０とユニバーサルジョイント３２０だけを含む点である。該ユニバーサルジョイント３２０は該導電ペン本体３１０と相互に連接し、類似平面Ｓを備える。
本実施例中において、該ユニバーサルジョイント３２０の類似平面Ｓの機能は、前記実施例の導電板１１０に類似し、これにより該タッチスクリーン５０に密着し、最小面積の感応を達成することができる。しかも該ユニバーサルジョイント３２０は使用者が静電容量方式ペン３００を握る該タッチスクリーン５０に対する角度の調整に便利で、最適な書込みの目的を達成することができる。

上記のように、類似平面Ｓの主要作用は、タッチスクリーン５０上にぴったりと密着することで、これにより最大の感応面積を獲得することができる。図示中の類似平面Ｓは平坦な平面であるが、本発明は類似平面Ｓの平坦度を限定するものではなく、類似平面Ｓもまた弧状を呈することができる。具体的には、該ユニバーサルジョイント３２０の材質は弾性材質などで、使用者がわずかに力を加えると、該ユニバーサルジョイント３２０は変形を生じ、変形後の類似平面Ｓは該タッチスクリーン５０上に密着する。該項技術の習熟者は簡単に理解できるため、ここでは詳述しない。
本実施例はさらに前記の導電板とジョイントを単純化し、平面Ｓを備えるユニバーサルジョイント３２０を備える。これにより、静電容量方式ペン３００の製造コストを低下させることができ、さらに使用者の書込みの利便性を向上させることができる。
また該ユニバーサルジョイント３２０は導電材質により構成するが、本発明はユニバーサルジョイント３２０の材質を限定するものではない。例えば、該ユニバーサルジョイント３２０の主要構造はアクリルにより構成し、該ユニバーサルジョイント３２０の類似平面Ｓは導電材質により構成することができる。しかも、該ユニバーサルジョイント３２０内部には導線を備え、平面Ｓと導電ペン本体を電気的に接続することができる。
前記に類似し、本実施例の導電ペン本体３１０はまた、さらに２個の分岐部を設計し、該ユニバーサルジョイント３２０はまた回復弾性を備えるように設計することができる。しかも該ユニバーサルジョイント３２０の類似平面Ｓは最小面積を備えるなどであるが、すべて前記説明に基づき改良を加えることができる。該項技術の習熟者は簡単に理解できるため、ここでは詳述しない。

上記のように本発明の静電容量方式ペンは、少なくとも以下の長所を備える。
１．使用者が書込みを行う時、導電ジョイントの設計により、導電板或いはユニバーサルジョイントはタッチスクリーンにおいて密着を維持可能な情況において、手が静電容量方式ペンを握る角度を適度に調整し、これにより使用上の利便性を大幅に向上させることができる。
２．静電容量方式ペンは２個以上の導電板とユニバーサルジョイントを配置することができるため、対応するジョイントは多数の指の情報入力を模擬することができる。
３．導電板或いはユニバーサルジョイントはタッチスクリーンにおける密着に適しているため、タッチスクリーンは導電板のすべての面積に対して感応を生じることができる。こうして導電板の面積を縮小することができ、使用上の利便性を拡大し、同時にタッチスクリーンは静電容量方式ペンの位置を定位することができる。

本発明第一実施例の静電容量方式ペンの概略図である。 図１の静電容量方式ペンをタッチスクリーンに応用する時の概略図である。 本発明第二実施例の静電容量方式ペンの概略図である。 本発明第三実施例の静電容量方式ペンの透視概略図である。

５０ タッチスクリーン
１００、２００ 静電容量方式ペン
１１０、２１０ａ、２１０ｂ 導電板
１２０、２２０ａ、２２０ｂ ジョイント
１３０ ２３０、３１０ 導電ペン本体
２３２ 本体部
２３４ａ、２３４ｂ 分岐部
３２０ ユニバーサルジョイント
Ｆ１、Ｆ２ 推力
Ｓ 類似平面

Claims (6)

1. 導電ペン本体、少なくとも１個のユニバーサルジョイントを含み、
   該ユニバーサルジョイントは該導電ペン本体と連接し、しかも該ユニバーサルジョイントは少なくとも１個の導電板を備え、
   前記導電ペン本体は該ユニバーサルジョイントを介して該導電板と相対運動を行い、
   前記ユニバーサルジョイントは回復弾性の特性を備え、これにより該導電ペン本体に外力が加わっていない時には、該ユニバーサルジョイントと垂直状態を維持し、或いは外力が除去されると、該導電ペン本体の該ユニバーサルジョイントに対する垂直状態を回復し、
   前記導電ペン本体は本体部と２個の分岐部を含み、該分岐部の一端は該本体部と接続し、反対端は該ユニバーサルジョイントと接続し、しかも該分岐部の数に対応し、２個のユニバーサルジョイント及び２個の導電板を備えることを特徴とする静電容量方式ペン。
2. 請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記導電ペン本体と該ユニバーサルジョイントはマルチディメンションの運動を行うことができ、こうして該導電ペン本体と該ユニバーサルジョイントのタッチスクリーンに対する角度を調整することを特徴とする静電容量方式ペン。
3. 請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記２個の分岐部は外力を受け離れ或いは接近し、該２個のユニバーサルジョイントを連動し離し或いは接近させることを特徴とする静電容量方式ペン。
4. 請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記導電ペン本体は該導電板とマルチディメンションの運動を行い、これにより該導電ペン本体は該導電板に対する角度を調整することを特徴とする静電容量方式ペン。
5. 請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記ユニバーサルジョイントはユニバーサル伝動コネクター、可動関節、十字コネクターであることを特徴とする静電容量方式ペン。
6. 請求項１記載の静電容量方式ペンにおいて、前記２個の分岐部は外力を受け離れ或いは接近し、該２個の導電板を連動し離し或いは接近させることを特徴とする静電容量方式ペン。

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